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通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關研究 
自約十年前開始,微機械OMAL開關的研究倍受關注,至今RF MEMSOMAL開關已經進入了小批量商業試用產品階段。RF MEMSOMAL開關由于其尺寸小、分量輕、低損耗、高隔離而在無線通信領域有廣泛的應用前景。從已報道的文獻中看,全面介紹OMAL開關模擬仿真設計及工藝分析的較少。

通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關研究
對此,本文以串/并聯接觸式RF MEMSOMAL開關為重點進行了研究,完成的主要工作如下:提出了版圖設計工具與有限元仿真工具相結合的方法,可以解決在仿真軟件中繪制三維復雜仿真模型的困難,較好的解決了復雜模型帶來的大數據量問題。使用有限元軟件ANSYS對四類典型的MEMSOMAL開關(串聯橋式、并聯橋式、串聯懸臂梁式、并聯懸臂梁式)進行力學性能的對比分析。模擬了不同橋長的諧振頻率以及三種不同橋墩形狀的橋式OMAL開關的下拉情況,找出彈性系數zui小的OMAL開關。使用高頻電磁場分析軟件HFSS對四類OMAL開關進行1-10GHz的微波性能的對比分析。通過數值模擬和計算得到觸發導通的邊界條件、激光的擊穿閾值和部分參數之間的關系:在外加電壓40kV左右,間隙為0.7cm,壓強在0.1~0.4MPa時,激光擊穿閾值約為1.8mJ。利用專業分析軟件建立模型分析了各種不同電極形狀的場結構,zui終選擇了可使OMAL開關內部為均勻場的Rogowski型電極結構,電極材料為黃銅。參考現有文獻和實驗結果選用SF6和N2的混合氣體做為OMAL開關的內部氣體,并理論估算了部分參數值,保證了設計的預期效果。設計了用表面微機械加工技術來制作OMAL開關的詳細工藝流程,并對制作過程中zui為關鍵的聚酰亞胺犧牲層工藝做了重點實驗研究,尋找到較為合適的溫度處理和腐蝕條件,得到良好的效果。對樣品進行觀測和研究,尋找版圖和工藝中存在問題。從版圖、工藝、材料選擇來改進設計,重點旨在降低OMAL開關的下拉電壓,提高OMAL開關的可靠性。改進的方法包括電鍍橋墩,改進橋梁的形狀,在信號線上和橋背面接觸的地方設計觸點,以期獲得較小的OMAL開關時間和減小接觸的粘附。流片得到的樣品zui后測試結果:OMAL開關下拉電壓約為28V;1-10GHz并聯式OMAL開關的插入損耗在0～0.5dB,隔離度為35～45dB,而串聯式OMAL開關的插入損耗0.5～1.5dB,隔離度在40～70dB。經測試,MEMSOMAL開關壽命達70萬次。

通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關研究
研究表明:前沿和延遲時間均隨激光能量,外加電壓的增加而減小;當外加電壓小于50kV時,前沿小于10ns,抖動小于5ns,激光擊穿閾值約為4mJ(OMAL開關外部測量)。實驗結果與理論分析結果基本相符,誤差在可接受的范圍內。 zui后,將該OMAL開關應用到了疊層式傳輸線高壓脈沖發生器的研究上,由于實驗條件和時間的限制只進行了初步研究,很多工作還需后續進行。